贡嘎山站在长期增温对高寒草甸磷循环作用机制的研究方面取得进展
作者:贡嘎山站      更新时间:2021-10-14 04:16:37
          

磷是维持高寒草甸生长的必需矿质营养元素。高寒草甸是气候变暖的敏感区。气候变暖对高寒草甸碳、氮循环的影响方面已取得大量研究进展,而对磷循环的作用机制仍缺乏深入理解。例如,气候变暖导致高寒草甸对磷的需求量增加,然而,仍不清楚变暖后高寒草甸植物有效磷的主要来源是什么。青藏高原拥有地球上最大面积的高寒草甸生态系统,增温速率是全球的3倍,使青藏高原成为研究气候变暖对高寒草甸磷循环作用机制的理想地区。中科院成都山地所、西北生态环境资源研究院和西澳大学的研究人员利用青藏高原典型高寒草甸的长期增温实验平台,联合研究了气候变暖对高寒草甸磷循环的作用机制。

研究发现,连续8年的红外增温后,高寒草甸表层土壤中(0–20 cm)钙结合态磷(简称钙磷)的浓度显著降低,植物地上、地下生物量及其磷含量显著升高,钙磷浓度与植物生物量磷含量之间呈显著负相关关系,表明钙磷的活化是增温后植物有效磷的一个主要来源。增温与对照样地中土壤有机磷浓度及磷酸酶活性均无显著差异,说明增温并未显著增强土壤有机磷的矿化,有机磷矿化不是增温后植物有效磷的主要来源。莎草和杂草的叶片锰浓度(植物根区羧酸浓度的代用指标)在增温后显著升高,且显著高于禾本科植物;莎草和杂草的叶片锰浓度与土壤钙磷浓度之间呈显著负相关关系,说明莎草和杂草根系释放的羧酸是增温后表层土壤中钙磷被活化的主要机制(图1)。尽管土壤溶磷微生物也可溶解钙磷,然而,增温后与磷循环相关的土壤微生物的相对丰度未显著增加,说明溶磷微生物不是增温后钙磷活化的主要机制。共生固氮过程也可释放酸性物质活化钙磷,然而,增温并未显著增加土壤根瘤菌目细菌的相对丰度,且研究样地中豆科植物的生物量极小,说明共生固氮不是钙磷被活化的主要机制。此外,植物吸收铵态氮时释放的质子也可能溶解钙磷,然而,15N同位素结果表明铵态氮不是样地中优势植物吸收的主要氮形态,因此,这也不是钙磷被活化的主要机制。

研究还发现,长期增温导致不具备高效磷捕获策略的禾本科植物趋向磷限制,而具备磷捕获策略(根系释放羧酸)的莎草和杂草未受到有效磷不足的限制。这些结果暗示,在气候变暖和氮沉降长期存在的背景下,植物的磷捕获策略可能是决定高寒草甸植物对全球变化响应的一个关键性状。

本研究的主要成果以”Mobilization of soil phosphate after eight years of warming is linked to plant phosphorus-acquisition strategies in an alpine meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau”为题在线发表于全球变化类专业期刊Global Change Biology。中科院成都山地所(贡嘎山站)的周俊副研究员为论文第一作者,中科院西北生态环境资源研究院的彭飞副研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金(4207700541771229)等项目的资助。

全文地址:

https://www.researchgate.net/publication/355079225_Mobilization_of_soil_phosphate_after_eight_years_of_warming_is_linked_to_plant_phosphorus-acquisition_strategies_in_an_alpine_meadow_on_the_Qinghai-Tibetan_Plateau


1 长期增温导致青藏高原高寒草甸钙磷活化的主要机制


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